SE465339B

SE465339B - Method and arrangement for acoustic rpm counting

Info

Publication number: SE465339B
Application number: SE9000049A
Authority: SE
Inventors: H Haakansson
Original assignee: Volvo Ab
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1990-01-08
Publication date: 1991-08-26
Also published as: SE9000049L

Abstract

The invention relates to a method and an arrangement for rpm counting for a rotating element, for example an engine. At least one microphone 5, 6 is positioned close to the element. A searching range is formed 16, within which the desired rpm lies. The searching range is divided into a number of separate rpms within the range. For each rpm within the range, the microphone signal is analyzed with regard to frequencies which correspond to the rpm and/or selected multiples thereof. A quality index is calculated 19 on the basis of this analysis for each rpm. The rpm which obtains the best quality index according to a predetermined criterion is considered to be the true rpm 21. <IMAGE>

Description

465 339 10 15 lermätningen pågår, så att resultatet av en ljudbedömning ink- lusive varvtalsbestämningen kan erhållas i den stund mätningen avslutas. På grundval av kända uppgifter om motor, kaross, transmission osv och kunskap om förväntade ljudnívåer inom olika frekvensband vid vissa motorvarvtal och multipler därav identifieras ett mått på motorns varvtal ur det uppmätta lju- det oberoende av de signaldelar i ljudkurvorna, som ger upp- lysning om diverse defekter. uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. 1 visar kurvor erhållna vid en normal ljudnivåmätning tillsammans med en kravspecifikationskurva, fig. 2 visar schematiskt den principiella uppbyggnaden av ett mätsystem enligt uppfinningen, fig. 3 visar en utföringsform av en bild, som visas på en bildskärm under provningen, fig. 4 visar en förväntad spektralfördelningskurva för vissa varvtal, och fig. 5 visar ett flödesschema för provningen. 465 339 10 15 The clay measurement is in progress, so that the result of a sound assessment including the speed determination can be obtained at the time the measurement is completed. On the basis of known information on engine, body, transmission, etc. and knowledge of expected sound levels within different frequency bands at certain engine speeds and multiples thereof, a measure of the engine speed is identified from the measured sound independent of the signal parts in the sound curves, which provide information about various defects. the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows curves obtained in a normal sound level measurement together with a requirements specification curve, Fig. 2 schematically shows the basic structure of a measuring system according to the invention, Fig. 3 shows an embodiment of a Fig. 4, which is shown on a monitor during the test, Fig. 4 shows an expected spectral distribution curve for certain speeds, and Fig. 5 shows a flow chart for the test.

Fig. 1 visar exempel på ljudnivåkurvor 1 och 2 som funktion av varvtalet upptagna med en mikrofon fram i kupén och en mikro- fon bak. Dessutom är en lutande rak kurva 3 inlagd, omkring vilken de upptagna kurvorna normalt skall ligga. Kurvor av detta slag upptas regelmässigt vid slutkontroll av personbilar tillsammans med varvtalsmätning med en varvtalsgivare. Uppfin- ningen avser en metod att undvara varvtalsgivaren vid denna typ av mätning genom att utnyttja mikrofonsignalerna för att också hämta fram informationen om varvtalet. Det är således inte de i fig. 1 visade kurvorna, som analyseras enligt upp- finningen, utan analysen sker på mikrofonsignaler för att få fram varvtalet utmed abskissan. 10 15 20 25 30 465 339 x Fig. 2 visar den principiella uppbyggnaden av ett mätsystem enligt uppfinningen vid användning av systemet för en person- bil 4. Inuti personbilens kupé placeras på det ordinarie sät- tet två mikrofoner 5, 6 för ljudmätning fram respektive bak i kupén. Naturligtvis är det också tänkbart att placera in flera mikrofoner. Mikrofonerna är anslutna till ingångskretsar 7. vilka på i och för sig känt sätt omformar mikrofonsignalerna till att vara anpassade till ett datorsystem 8. Omformningen kan omfatta förstärkning, sampling och analog/dígital-omvand- ling. Bilen 1 är placerad på en s.k. "rullande landsväg" 9 och körs genom en i förväg bestämd programsekvens, som visas för den i bilen sittande provföraren (icke visad) på en bildskärm 10.Fig. 1 shows examples of sound level curves 1 and 2 as a function of the speed recorded with a microphone in the front of the passenger compartment and a microphone in the rear. In addition, a sloping straight curve 3 is inserted, around which the occupied curves should normally lie. Curves of this kind are regularly recorded during the final inspection of passenger cars together with speed measurement with a speed sensor. The invention relates to a method of dispensing with the speed sensor in this type of measurement by using the microphone signals to also retrieve the information about the speed. Thus, it is not the curves shown in Fig. 1 which are analyzed according to the invention, but the analysis takes place on microphone signals in order to obtain the speed along the abscissa. 10 15 20 25 30 465 339 x Fig. 2 shows the basic structure of a measuring system according to the invention when using the system for a passenger car 4. Inside the passenger compartment of the car, two microphones 5, 6 for sound measurement are placed in the ordinary way, respectively. bak i kupén. Of course, it is also conceivable to place several microphones. The microphones are connected to input circuits 7, which in a manner known per se convert the microphone signals to be adapted to a computer system 8. The conversion may comprise amplification, sampling and analog-to-digital conversion. The car 1 is placed on a so-called "rolling country road" 9 and run through a predetermined program sequence, which is displayed to the in-car test driver (not shown) on a monitor 10.

Ett exempel på en bild på bildskärmen 10 visas i fig. 3. Bilen körs från start upp till en normal gânghastighet på i figuren såsom exempel visad 40 km/h, vilken hålls vid tidpunkten to.An example of an image on the screen 10 is shown in Fig. 3. The car is driven from the start up to a normal walking speed of 40 km / h shown in the figure as an example, which is kept at the time to.

Den egentliga programsekvensen för ljudkontroll börjar vid tidpunkten to med ett drivintervall med acceleration och drivning av den "rullande landsvägen" av bilen fram till tid- punkten tl. Därefter hålls hastigheten ungefär konstant mel- lan tidpunkterna tl och tz. Sedan följer ett intervall fram till tidpunkten ta med deceleration och päskjutning av den "rullande landsvägen" på bilhjulen (bromsning). Program- sekvensen kan sedan fortsätta med andra typer av ljudprovning- ar, t.ex. rusning av motorn utan drivning av bilen. Under var- je genomlöpning av en programsekvens visar en markör M', M" eller M"' på skärmen var i programsekvensen föraren befinner sig. Alla dessa olika typer av körningar ger olika typer av spektralfördelningar för ljudet i och för varvtalsbestämning, vilket tas hänsyn till vid varvtalsberäkningen, vilken kommer att beskrivas närmare nedan.The actual program sequence for sound control begins at time to with a driving interval with acceleration and driving of the "rolling country road" of the car until the time tl. Thereafter, the velocity is kept approximately constant between the times t1 and tz. Then follows an interval until the time bring deceleration and pushing of the "rolling country road" on the car wheels (braking). The program sequence can then be continued with other types of sound tests, e.g. speeding up the engine without driving the car. During each run of a program sequence, a cursor M ', M "or M"' on the screen shows where in the program sequence the driver is. All these different types of runs give different types of spectral distributions for the sound in and for speed determination, which is taken into account in the speed calculation, which will be described in more detail below.

Det i fig. 2 visade systemet omfattar även en streckkodsläsare 11 med vars hjälp en operatör avläser en streckkod 12 placerad på eller i anslutning till bilen. På så sätt kan information om bilmodell, motortyp mm läsas in till datorsystemet 8 vid provkörningens början. Dessutom kan data från den "rullande 10 15 20 25 465 339 landsvägen" läsas in till datorsystemet och t.ex. användes för rimlighetsbedömning av skattat varvtal. Ytterligare presenta- tionsenheter 13 i form av sedvanliga skärmar, skrivare mm hör f också till systemet.The system shown in Fig. 2 also comprises a bar code reader 11 with the aid of which an operator reads a bar code 12 located on or adjacent to the car. In this way, information about car model, engine type, etc. can be loaded into the computer system 8 at the beginning of the test drive. In addition, data from the "rolling 10 15 20 25 465 339 highway" can be loaded into the computer system and e.g. was used for reasonableness assessment of estimated speed. Additional presentation units 13 in the form of conventional screens, printers, etc. also belong to the system.

Principen för varvtalsmätning enligt uppfinningen bygger på insikten att motorn ger upphov till buller med vissa förvänta- de ljudnivåer inom vissa frekvensband relaterade till motorns (eller det roterande elementets) aktuella varvtal, här kallat grundvarvtal. För en viss motor kan man förvänta sig en spektral ljudnivâfördelning för de frekvenser. som motsvarar motorns grundvarvtal n samt dess hel- eller halvordningar. t.ex. 2:a, 2,5:e, 3:e osv ordning av en typ, som i fig. 4 exemplifieras för en fyrcylíndrig motor. Andra typer av motorer ger andra ordningsförhållanden. T.ex. dominerar 3:e ordningen vid sexcylindriga motorer. Samma motor kan också ha olika ordningskaraktär för olika hastighetsområden, exempelvis beroende på olika utväxlingsförhâllnaden.The principle of speed measurement according to the invention is based on the insight that the motor gives rise to noise with certain expected sound levels within certain frequency bands related to the current speed of the motor (or the rotating element), here called basic speed. For a given motor, one can expect a spectral sound level distribution for those frequencies. which corresponds to the basic speed n of the engine and its full or half arrangements. for example 2nd, 2.5th, 3rd, etc. order of a type, which in Fig. 4 is exemplified for a four-cylinder engine. Other types of engines provide different order conditions. For example. dominates 3rd order in six-cylinder engines. The same engine can also have different order characteristics for different speed ranges, for example depending on different gear ratios.

Förloppet för varvtalsmätningen visas i en flödesplan i fig. 5, enligt vilken datorsystemet 8 arbetar i och för varvtalsbe- stämningen. Hed hjälp av uppgifter om provbilen, vilka har lästs in via streckkodläsaren 11 och provförarens sätt att följa programsekvensen kan en första skattning av varvtalet a priori göras. Detta sker i blocket 15. skattning genomförs med kännedom om varvtalet under det närmast föregående varvtalsbe- stämningstillfället och viss upp- eller nerräkníng därifrån.The process for the speed measurement is shown in a flow chart in Fig. 5, according to which the computer system 8 operates in and for the speed determination. With the help of information about the test car, which has been read in via the bar code reader 11 and the test driver's way of following the program sequence, a first estimate of the speed can be made a priori. This takes place in block 15. estimation is carried out with knowledge of the speed during the immediately preceding speed determination occasion and some counting up or down from there.

Inom ett visst sökintervall, t.ex. +/- 200-450 r/m, omkring det skattade varvtalet, kan man förvänta sig att hitta det sanna varvtalet. Varvtalsbestämningen görs löpande, dvs med korta tidsmellanrum, under hela provningssekvensen. sökinter- vallet sätts i blocket 16 och kan vara individuellt för det aktuella varvtalsområdet det kan vara fråga om. Varje varv- talsbestämning utförs i blocken 17-20. Blocket 16 ger uppgift om sökintervallet till ett block 20 och ger det första varv- talet inom sökintervallet till blocket 17. 10 15 20 25 30 35 465 5s9,pf I blocket 17 detekteras i och för varvtalsmätningen ljudnivån hos antingen bullersignalen från enbart den ena mikrofonen eller de på i förväg bestämt sätt kombinerade bullersignalerna från båda (eller eventuellt fall flera) mikrofonerna för den frekvens, som motsvarar det första varvtalet inom intervallet, kallat grundvarvtalet, och för de frekvenser, som motsvarar multipler av denna frekvens svarande mot olika ordningar av grundvarvtalet, dvs om grundvarvtalet sätts till n undersöks signaldelarna i bullersignalen från varje mikrofon för de frekvenser, som motsvarar n, 2n, 3n, 4n etc. I vissa fall kan också halvordningar, t.ex. 0,5n, l,5n, av dessa frekvenser vara av betydelse och därför ingå i undersökningen. För vissa typer av motorer kan grundvarvtalet vara av underordnad bety- delse och därför ha liten eller t.o.m. ingen vikt så att en- bart frekvenser motsvarande varvtal av högre ordningar eller halvordningar får betydelse. Vid denna undersökning är det lämpligt att enbart ta med signaldelar över en viss nivå och sätta alla värden, som ligger under denna nivå till 0. På det- ta sätt diskrimineras en del brus bort.Within a certain search range, e.g. +/- 200-450 r / m, around the estimated speed, you can expect to find the true speed. The speed determination is made continuously, ie at short time intervals, throughout the test sequence. the search interval is set in block 16 and can be individual for the current speed range in question. Each speed determination is performed in blocks 17-20. Block 16 gives information about the search interval to a block 20 and gives the first speed within the search interval to block 17. 10 15 20 25 30 35 465 5s9, pf In block 17 the sound level of either the noise signal from only one microphone is detected for the speed measurement or the predetermined combined noise signals from both (or possibly more) microphones for the frequency corresponding to the first speed within the range, called the fundamental speed, and for the frequencies corresponding to multiples of this frequency corresponding to different schemes of the basic speed , ie if the base speed is set to n, the signal parts of the noise signal from each microphone are examined for the frequencies corresponding to n, 2n, 3n, 4n, etc. In some cases, semi-arrangements, e.g. 0.5n, 1.5n, of these frequencies be of importance and therefore included in the study. For certain types of engines, the basic speed can be of minor importance and therefore have little or even no weight so that only frequencies corresponding to speeds of higher orders or half-orders matter. In this survey, it is advisable to only include signal parts above a certain level and set all values below this level to 0. In this way, some noise is discriminated against.

I blocket 18 viktas de olika nivåtopparna för de olika under- sökta frekvenserna i enlighet med de data, som har lästs in beträffande den aktuella bilen. Som nämnt kan man för en viss motor förvänta sig en spektral ljudnivåfördelning för motorns grundvarvtal samt dess 2:a, 3:e osv ordning av en typ. som exemplifieras i fig. 4. Viktningen sker i enlighet med den förväntade spektrala ljudnivåfördelningen för den aktuella motortypen. Datorsystemet 8 kan även ha olika viktningsscheman lagrade för samma motor för olika typer av drivning av dem och för olika hastighetsområden eller dylikt.In block 18, the different level peaks are weighted for the different frequencies examined in accordance with the data that has been read regarding the car in question. As mentioned, for a given engine, one can expect a spectral sound level distribution for the engine's basic speed and its 2nd, 3rd, etc. order of a type. as exemplified in Fig. 4. The weighting takes place in accordance with the expected spectral sound level distribution for the current engine type. The computer system 8 may also have different weighting schemes stored for the same motor for different types of driving them and for different speed ranges or the like.

Ljudnivåerna för motorns grundvarvtal n samt dess multipler 2n, 3n etc ger följaktligen olika förväntade ljudnivåer inom sina respektive frekvensband. Ljudnivåernas fördelning och nivåstyrka beror på faktorer som motortyp, cylinderantal, ut- växling, manuell/automatisk växellåda etc. För de flesta moto- rer kan man därför vänta sig toppar vid flera ordningar av mo- torns grundvarvtal. 465 359 10 15 20 25 30 35 På grundval av de viktade värdena beräknas ett godhetstal för det aktuella varvtalet. Detta görs i blocket 19. Godhetstalet är baserat på det geometriska medelvärdet av de olika ordning- arnas värdekoefficienter multiplicerat med motsvarande ljudni- våtopp. Detta lagras under den tid varvtalsbestämningen ut- förs.The sound levels for the motor base speed n and its multiples 2n, 3n etc consequently give different expected sound levels within their respective frequency bands. The distribution and level of sound levels depend on factors such as engine type, number of cylinders, gears, manual / automatic transmission, etc. For most engines, peaks can therefore be expected in several orders of engine basic speed. 465 359 10 15 20 25 30 35 On the basis of the weighted values, a goodness number is calculated for the current speed. This is done in block 19. The goodness number is based on the geometric mean of the value coefficients of the different schemes multiplied by the corresponding sound level peak. This is stored during the time the speed determination is performed.

Därefter utförs samma beräkningar för nästa varvtal inom sök- intervallet. Hela det skattade sökintervallet kommer på så sätt att genomsvepas och ett godhetstal kommer att räknas ut för varje genomsökt varvtal inom intervallet. Det varvtal, som erhåller det bästa godhetstalet enligt i förväg bestämt krite- rium, t.ex. det högsta, bestäms vara det sanna varvtalet Detta görs i blocket 21.Then the same calculations are performed for the next speed within the search interval. The entire estimated search interval will thus be swept through and a goodness number will be calculated for each searched speed within the interval. The speed which receives the best goodness number according to a predetermined criterion, e.g. the highest, is determined to be the true speed This is done in block 21.

Om det såsom sanna varvtalet bestämda varvtalet skulle råka vara ett av gränsvarvtalen, det första eller det sista, inom intervallet, skulle man kunna tänka sig att det sanna varvta- let kan ligga utanför intervallet. Programslingan för varv- talsbestämningen i datorsystemet 8 kan då vara utformat så att sökintervallet i ett sådant fall utökas förbi detta gränsvarv- tal och varvtalsbestämningen fortsâttes till dess att sjunkan- de godhetstal har erhållits under någon eller några sökcykler (ej visat).If the speed determined as true speed were to happen to be one of the limit speeds, the first or the last, within the range, it would be conceivable that the true speed could be outside the range. The program loop for the speed determination in the computer system 8 can then be designed so that in such a case the search interval is extended beyond this limit speed and the speed determination is continued until the descending goodness number has been obtained during one or more search cycles (not shown).

Algoritmen satt i blocken 17-20 för bestämning av varvtalet genomlöps på bråkdelen av en sekund. Därför kan denna program- slinga lätt anpassas till och införlivas i den för produk- tionskontrollen nödvändiga ljudnivåmätningen.The algorithm sat in blocks 17-20 for determining the speed was run through in a fraction of a second. Therefore, this program loop can easily be adapted to and incorporated into the sound level measurement necessary for production control.

Metoden torde även utan några större ingrepp i hårdeller mjuk- vara kunna användas för varvtalsmätning i andra sammanhang än för provning av personbilsmotorer, t.ex. provning av bilhjul, andra typer av motorer än bilmotorer eller vilka andra roterande element som helst.The method should also be able to be used for speed measurement in other contexts than for testing passenger car engines without any major intervention in hard or soft, e.g. testing of car wheels, types of engines other than car engines or any other rotating elements.

Claims

1. u, - 10 15 20 25 'm' JJ UW a4. A method according to any one of the preceding claims, 465 539, Claim 1. A method for measuring speed for a rotating element, wherein at least one microphone (5,6) is placed in the vicinity of the element, characterized in that a search interval (16) is formed, within which the desired speed is located, that the search interval is divided into a number of discrete speeds within the interval, that for each speed within the interval the microphone signal is examined with respect to frequencies corresponding to the speed and / or selected multiples thereof, and that a goodness number (19) is calculated on the basis of this survey for each speed, and that the speed that has received the best goodness number according to a predetermined criterion is judged to be the true speed.

Method according to claim 1, characterized in that the levels of the examined frequencies for each speed are weighted (18) according to a weighting scheme determined by type of element and / or type of element drive before the determination of the goodness number.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that several microphones are fitted and that a mixing signal from all the microphones is used for the speed determination. characterized in that when the speed changes and the indication of the speed is to take place as continuously as possible, the speed measurement sequence is performed at short time intervals with an estimate (15) of the current speed based on the immediately measured speed and knowledge of expected change in speed, whereby the search interval is formed around the estimated speed. Method according to one of the preceding claims, characterized in that if the obtained true speed is at the limit of the search interval, the search interval is extended beyond this limit, so that speeds outside the limit are examined until some or some speeds with deteriorated goodness rate has been obtained and the speed with the best goodness rate within the total and extended search interval is assumed to be the true speed. Device for measuring speed for a rotating element, where at least one microphone (5,6) is placed in the vicinity of the element, characterized in that a calculation unit (8) is arranged, to which the microphone signal in the unit is suitable form is linked. which unit (8) is provided with an arrangement (Fig. 5), which forms a search interval, within which the searched speed is expected to be located, divides the search interval into a number of discrete speeds within the interval, for each speed within interval the microphone signal examines the microphone signal for frequencies. which corresponds to the speed and / or selected multiples thereof, and calculates a goodness number based on this survey for each speed, and indicates the speed that has received the best goodness number according to a predetermined criterion and assesses this speed be the true speed. Device according to claim 6, characterized in that the calculation unit (8) weights the levels of the examined frequencies for each speed according to a weighting scheme determined by type of element and / or type of element drive before determining the goodness number. Device according to claim 6 or 7, characterized in that an arrangement (ll, 12) for automatically writing data in a memory in the calculation unit (8) regarding type of element and / or data regarding type of element execution. Device according to one of Claims 6 to 7, characterized in that several microphones (5, 6) are arranged and their signals are connected to the calculation unit (8) in a form which can be used for this purpose, the calculation unit forming a mixed signal from all the microphones. and uses the mixed signal for the speed determination. a: 465 339 10. Device according to any one of claims 6-8, characterized in that when the speed changes and indication of the speed is to take place as continuously as possible, the calculation unit (8) performs speed measurement sequence at short time intervals with estimation of the current speed based on the immediately preceding measured speed and knowledge of the expected change in speed and forms the search interval around the estimated speed.